一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置

本发明涉及煤炭开采及煤矿安全技术领域，具体为一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置。

背景技术：

瓦斯是一种清洁的非常规能源，我国煤层瓦斯储量丰富，加强煤层瓦斯利用，对增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要的意义。煤田地质勘探阶段，为测定煤层中的瓦斯含量和成分而从钻孔煤心中采集煤样的工作。煤层瓦斯含量采样，目前一般首先将从钻孔取出的煤心及时装入密封罐，取出一部分用解吸仪测定煤样中瓦斯解吸量，分析其随时间的变化规律。同时，根据煤样的暴露时间计算采样过程中损失的瓦斯量，使得瓦斯量的测量数据存在较大误差；随着定向钻进技术的发展，能够直接在钻进过程中，对瓦斯的含量进行测量，其钻进过程中，钻孔内部水含量较多，导致待测量煤层内部的煤样块内部的瓦斯不能完全的流出，使得瓦斯含量的测量数据出现较大的误差，且对煤样定量测量难度较大。

因此，本领域技术人员提供了一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置，其包括钻杆、高压水泵、伸缩推杆、密封检测装置以及瓦斯提取装置，所述钻杆下端固定有钻刀，对煤层进行钻进，所述钻杆靠下端内侧壁开设有柱形滑道，呈竖向开设两组，所述密封检测装置、瓦斯提取装置依次滑动连接在上、下柱形滑道中，所述密封检测装置与瓦斯提取装置之间通过复位弹簧相连接，位于靠上端所述伸缩推杆推动密封检测装置、瓦斯提取装置对煤层定量提取煤样和瓦斯含量测量，所述高压水泵与水管相连通，驱赶瓦斯进入密封检测装置中。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封检测装置包括密封滑块一、z字型环垫、微型伸缩机以及瓦斯解析罐，所述密封滑块一下端与瓦斯解析罐上端相固定，所述密封滑块一靠上侧面设有z字型环垫，且所述z字型环垫靠外侧端环面为柔性垫一，所述z字型环垫内侧壁上固定有横向的微型伸缩机，驱动所述柔性垫与柱形滑道侧壁的紧贴与脱离；

所述瓦斯解析罐上设有测量内部压力的内压力传感器，所述瓦斯解析罐下端设有测量其外部压力的外压力传感器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述瓦斯提取装置包括密封滑块二、密封臂罩、转接环、密封环垫以及定量粉碎装置，所述密封滑块二上端侧面套有密封环垫，且所述密封环垫中心设有硬质板，所述密封滑块二轴心贯穿有导气管，所述密封滑块二内部靠上端嵌入有套在导气管外侧的转接环，所述密封滑块二中设有横向的与转接环水平对应的双向伸缩器，所述双向伸缩器外侧输出端与硬质板垂向固定；

所述密封滑块二下端侧面套有密封臂罩，所述密封滑块二下端设有定量粉碎装置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导气管内部中心贯穿有水管，所述水管外侧设有过滤网架。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封臂罩下端环形面端内部设有张紧复位弹簧。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封环垫外侧中心处设有柔性环形密封垫。

作为本发明的一种优选技术方案，所述双向伸缩机内侧输出端固定有挡块，所述挡块中心设有导向柱，所述转接环横截面上开设有扇形腔一，呈圆周排列开设四组，所述导气管靠外壁对应开设有扇形腔二，且所述扇形腔一中心侧壁设有弧形滑轨，所述弧形滑轨中心设有指向扇形腔二中心的条形滑道，且相邻所述扇形腔二之间固定有条形凸柱，与所述条形凸柱对应的转接环上开设有条形滑槽，所述条形凸柱嵌入条形滑槽内部滑动连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定量粉碎装置包括定量钻筒、固定筒、固定环、压缩弹簧、滑动环、电机以及粉碎组件，所述电机固定在密封滑块二上，所述电机输出端固定有直齿轮，所述定量钻筒转动连接在密封滑块二下端，所述定量钻筒上端靠内侧壁端固定有直齿轮条，所述直齿轮与直齿轮条啮合连接；

所述定量钻筒靠上端内侧壁上嵌入有固定筒，所述固定筒内侧壁靠上端固定有固定环，所述固定环下方设有滑动连接在固定筒内侧壁上的滑动环，所述滑动环与固定环通过压缩弹簧相连接，所述滑动环下方设有密封带，且所述固定环上设有模拟压力传感器；

所述导气管下端依次贯穿固定筒、固定环、滑动环与粉碎组件相连接，且所述粉碎组件呈锥形结构。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封滑块二外侧中心处设有柔性环形密封垫。

作为本发明的一种优选技术方案，所述粉碎组件包括固定环盘、多边形支架、调节杆、粉碎轮以及粉碎刀，所述固定环盘固定套在导气管外侧，所述固定环盘上固定有多边形支架，所述多边形支架中支杆上设有调节杆，所述调节杆外侧端固定有旋转电机，所述旋转电机输出端固定有粉碎轮，所述粉碎轮上设有粉碎刀，呈圆周排列设置六组，且所述固定环盘上安装有六角喷头，所述六角喷头与水管相连通。

与现有技术相比，本发明提供了一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置，具备以下有益效果：

本发明中通过将瓦斯含量测量结构装置安装在第一组钻杆中，从而能够在钻动过程中，直接对带钻煤层的瓦斯含量进行检测，且通过瓦斯提取装置中的定量钻筒能够对待测煤层定量取样，不仅能够测量瓦斯量的纯度，还能测量出此层煤层局部瓦斯量所占百分比；通过压力传感器对瓦斯测量过程中进行实际所受压力调节，最大程度上使其维持在煤层处所受的压力值，并通过，先定量取样，再通过粉碎组件对煤样进行彻底粉碎，从而降低了瓦斯量的检测难度，使得煤样内部空隙中所含的瓦斯完全排出，提高了瓦斯量测量的效率，保证了测量数据的精确度。

附图说明

图1为本发明的定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置结构示意图；

图2为本发明的密封检测装置局部结构放大示意图；

图3为本发明的瓦斯提取装置局部结构放大示意图；

图4为本发明的转接环横截面局部结构放大示意图；

图5为本发明的粉碎组件下视局部结构放大示意图；

图中：1、钻杆；2、钻刀；3、高压水泵；4、伸缩推杆；5、密封检测装置；6、水管；7、瓦斯提取装置；51、密封滑块一；52、z字型环垫；53、微型伸缩机；54、瓦斯解吸罐；55、外压力传感器；56、内压力传感器；71、密封滑块二；72、密封臂罩；73、转接环；74、密封环垫；75、双向伸缩器；76、导气管；77、过滤网架；78、六角喷头；731、扇形腔一；732、弧形滑轨；751、挡块；761、条形凸柱；762、扇形腔二；8、定量粉碎装置；81、定量钻筒；82、固定筒；83、固定环；84、压缩弹簧；85、滑动环；86、密封带；87、粉碎组件；88、电机；871、固定环盘；872、多边形支架；873、调节杆；874、粉碎轮；875、粉碎刀。

具体实施方式

参照图1，本发明提供一种技术方案：一种定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置，其包括钻杆1、高压水泵3、伸缩推杆4、密封检测装置5以及瓦斯提取装置7，所述钻杆1下端固定有钻刀2，对煤层进行钻进，所述钻杆1靠下端内侧壁开设有柱形滑道，呈竖向开设两组，所述密封检测装置5、瓦斯提取装置7依次滑动连接在上、下柱形滑道中，所述密封检测装置5与瓦斯提取装置7之间通过复位弹簧相连接，位于靠上端所述伸缩推杆4推动密封检测装置5、瓦斯提取装置7对煤层定量提取煤样和瓦斯含量测量，所述高压水泵3与水管6相连通，驱赶瓦斯进入密封检测装置5中；

作为最佳实施例，本测量装置置于钻机最前端钻杆中，通过钻杆钻至待测量煤层处停止，通过瓦斯提取装置对待测煤层进行独立密封、定量取样测量，从而能够测量计算出单位体积内瓦斯相对含量的体积百分比，提高了多级煤层内所含瓦斯量的精确度。

参照图2，本实施例中，所述密封检测装置5包括密封滑块一51、z字型环垫52、微型伸缩机53以及瓦斯解析罐54，所述密封滑块一51下端与瓦斯解析罐54上端相固定，所述密封滑块一51靠上侧面设有z字型环垫52，且所述z字型环垫52靠外侧端环面为柔性垫一，所述z字型环垫52内侧壁上固定有横向的微型伸缩机53，驱动所述柔性垫与柱形滑道侧壁的紧贴与脱离；

所述瓦斯解析罐54上设有测量内部压力的内压力传感器56，所述瓦斯解析罐54下端设有测量其外部压力的外压力传感器55；

其中，在瓦斯解析罐下滑过程中，微型伸缩机微微驱动z字型环垫向内收缩与柱形滑道形成空薄层，降低柔性垫与柱形滑道侧壁之间的摩擦力，待瓦斯解析罐停滞时，微型伸缩机驱动z字型环垫扩张，促使柔性垫与柱形滑道侧壁密封贴合；

且瓦斯解析罐内部伸入有导气管，导气管一端固定有驱动电机，驱动电机输出端与过滤网架端头相固定，驱动其左右转动，导气管外侧开设有散气孔，以便瓦斯进入瓦斯解析罐内部。

参照图3、4、5，本实施例中，所述瓦斯提取装置7包括密封滑块二71、密封臂罩72、转接环73、密封环垫74以及定量粉碎装置8，所述密封滑块二71上端侧面套有密封环垫74，且所述密封环垫74中心设有硬质板，所述密封滑块二71轴心贯穿有导气管76，所述密封滑块二71内部靠上端嵌入有套在导气管76外侧的转接环73，所述密封滑块二71中设有横向的与转接环73水平对应的双向伸缩器75，所述双向伸缩器75外侧输出端与硬质板垂向固定；

所述密封滑块二71下端侧面套有密封臂罩72，所述密封滑块二71下端设有定量粉碎装置8，通过密封滑块二与密封滑块一与柱形滑道内壁紧密贴合，和密封臂罩对定量煤样所在的取样室进行密封，提高设备的稳定性、密闭性及测量数据的精确性。

本实施例中，所述导气管76内部中心贯穿有水管6，所述水管6外侧设有过滤网架77，避免避免水分、煤块进入瓦斯解析罐中。

本实施例中，所述密封臂罩72下端环形面端内部设有张紧复位弹簧，降低瓦斯提取装置定量、提取瓦斯过程中受到的反作用力，对瓦斯提取装置进行保护和复位。

本实施例中，所述密封环垫74外侧中心处设有柔性环形密封垫，提高与柱形滑道侧壁的紧贴度。

本实施例中，所述双向伸缩机内侧输出端固定有挡块751，所述挡块751中心设有导向柱，所述转接环731横截面上开设有扇形腔一731，呈圆周排列开设四组，所述导气管76靠外壁对应开设有扇形腔二762，且所述扇形腔一731中心侧壁设有弧形滑轨732，所述弧形滑轨732中心设有指向扇形腔二762中心的条形滑道，且相邻所述扇形腔二762之间固定有条形凸柱761，与所述条形凸柱761对应的转接环731上开设有条形滑槽，所述条形凸柱761嵌入条形滑槽内部滑动连接；

其中，扇形腔二开设结构为端扇形结构，扇形腔一开设结构为长条扇形结构，且角度均开设为60°，弧形滑轨及其中心处的纵向滑轨均滑动卡接在扇形腔一内部，扇形腔二中的纵向滑轨为固定结构，用于对挡块的引导滑动，在挡块嵌入扇形腔二中时，为驱动瓦斯提取装置整体移动，配合电机驱动定量钻筒对煤层进行定量取样，完成后，双向伸缩器内侧端收缩驱使挡块进入扇形腔一中，此时，导气管与转接环为滑动结构，此时，持续驱动瓦斯提取装置时，仅由定量粉碎装置对煤样进行粉碎，同时，由驱动电机驱动导气管作左摆30°、右摆30°的往复转动，使得粉碎组件能够以往复转动式粉碎煤样，能保证本设备结构流畅性、安全性较高，故障率的产生较低，提高煤样的粉碎效率和粉碎质量，使得瓦斯的提取更加精确。

本实施例中，所述定量粉碎装置8包括定量钻筒81、固定筒82、固定环83、压缩弹簧84、滑动环85、电机88以及粉碎组件87，所述电机88固定在密封滑块二71上，所述电机88输出端固定有直齿轮，所述定量钻筒81转动连接在密封滑块二71下端，所述定量钻筒81上端靠内侧壁端固定有直齿轮条，所述直齿轮与直齿轮条啮合连接；

所述定量钻筒81靠上端内侧壁上嵌入有固定筒82，所述固定筒82内侧壁靠上端固定有固定环83，所述固定环83下方设有滑动连接在固定筒82内侧壁上的滑动环85，所述滑动环85与固定环83通过压缩弹簧84相连接，所述滑动环85下方设有密封带86，且所述固定环83上设有模拟压力传感器；

所述导气管76下端依次贯穿固定筒82、固定环83、滑动环85与粉碎组件87相连接，且所述粉碎组件87呈锥形结构；

其中，密封带用于防止水进入固定环与滑动环之间的空腔。

本实施例中，所述密封滑块二71外侧中心处设有柔性环形密封垫。

本实施例中，所述粉碎组件87包括固定环盘871、多边形支架872、调节杆873、粉碎轮874以及粉碎刀875，所述固定环盘871固定套在导气管76外侧，所述固定环盘871上固定有多边形支架872，所述多边形支架872中支杆上设有调节杆873，所述调节杆873外侧端固定有旋转电机，所述旋转电机输出端固定有粉碎轮874，所述粉碎轮874上设有粉碎刀875，呈圆周排列设置六组，且所述固定环盘871上安装有六角喷头78，所述六角喷头78与水管6相连通；

作为最佳实施例，粉碎组件呈锥形结构平行设置三组，且粉碎轮设置六组，多边形支架为十二条边，均匀设置在多边形支架上的直板上，提高对粉碎轮的支撑强度与稳定性。

在具体实施时，通过钻杆钻至所需测量某处煤层的瓦斯量时，停止钻动，通过伸缩推杆驱动密封检测装置和瓦斯提取装置移动，使得定量钻筒下端与待测煤层接触，此时，电机驱动定量钻筒对煤层进行钻动，由伸缩推杆继续推动，直至密封臂罩与煤样上端煤层壁紧密贴合，扇形腔二中的纵向滑轨与扇形腔一种的纵向滑轨对齐，此中，挡块嵌入扇形腔二中，双向伸缩机驱动密封滑块二与柱形滑道进一步紧密贴合，再通过伸缩推杆继续推动密封检测装置移动，同时，驱动电机驱动导气管进行往复摆动，粉碎组件对煤样进行粉碎，此中，挡块嵌入扇形腔一中，高压水泵对煤样室进行注水辅助驱赶瓦斯进入瓦斯解析罐中，将煤样完全粉碎，煤样室注满不含有气体，通过压力传感器的配合检测，由高压水泵控制煤样室的压力，伸缩推杆控制密封滑块一与密封滑块二之间的压力，对进入瓦斯解析罐中的瓦斯所受压力与瓦斯解析罐所受压力进行煤样所在煤层的所受的实际压力进行模拟，从而能够精准得出单位体积内所含的瓦斯量。

以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。